OTOMASI WORK STATI (FMS) BERBASIS PROGRAMMABLE LOGIC CTROLLER Purnawan A. PENGANTAR Sebagian besar proses di industri menghendaki strategi pengontrolan atau pengendalian sekuensial. Pengendalian sekuensial adalah suatu strategi pengendalian yang realisasinya diberikan langkah demi langkah, serial maupun paralel, yang didasarkan pada keadaan variabel atau state condition dari proses yang sedang berlangsung. Pengendalian sekuensial terdiri atas sejumlah aksi yang berurutan (berantai), yang saling bergantung satu terhadap yang lain dimana kebergantungan ini dinyatakan oleh hubungan logic. Umumnya semua variabel keadaan yang terlibat mempunyai logic value, yaitu yang dinyatakan hanya oleh dua keadaan, yang satu adalah kontradiksi dari yang lain. Misalkan keadaan yang dinyatakan oleh 0 dan 1, atau keadaan yang dinyatakan oleh high dan low. Programmable Controller atau lebih dikenal sebagai Programmable Logic Controller (PLC) telah terbukti merupakan instrumen yang sangat bermanfaat untuk membantu sistem kontrol di industri karena PLC mempunyai kemampuan melaksanakan sebagian besar sistem kontrol yang diperlukan di industri. Awalnya PLC dibuat untuk menggantikan sistem kontrol yang berupa rangkaian sakelar dan relay yang kompleks yang dikenal sebagai sistem interlock. Pada perkembangannya, PLC merupakan tangan-tangan terampil bagi sistem kontrol yang diimplementasikan dengan konsep DCS (Distributed Control System) atau sistem kontrol terdistribusi. Saat ini di pasaran terdapat aneka macam jenis dan tipe PLC dari ratusan pabrik pembuat, mulai dari yang berskala kecil hingga yang berskala besar dan modern. Dalam perancangan sistem kontrol berbasis PLC, secara umum terdapat beberapa prosedur/langkah, yaitu : (1) memahami proses secara fisik dan logika pengoperasian, (2) mengidentifikasi input, output, keadaaan dan kondisi logika transisi dari satu keadaan ke keadaan lainnya, (3) mendefinisikan diagram keadaan transisi untuk setiap keadaan, (4) membuat diagram ladder, dan (5) membuat program PLC dari diagram ladder dengan memilih instruksi-instruksi yang sesuai dan alamat-alamat untuk input dan output. 1
B. DESKRIPSI PROSES a. Gambar Alur Proses Drilling Machine Milling Machine Robot Arm Lathe Machine Raw Material Product Finish Operator s Control Panel Gambar 1. Alur proses otomasi pada work station b. Rencana Posisi Pengontrol M2 Milling Machine Sl 2 R2 T5 S5 P2 S6 T1 S4 Sl 3 Robot Arm Drilling Machine M3 T6 R3 S8 S9 P3 S7 T2 S10 T3 P4 S11 Sl 4 M4 S12 R4 T7 Lathe Machine S1 S3 P1 Raw Material S15 Operator s Control Panel M1 Sl 1 R1 S13 T4 S14 Product Finish Keterangan : S = Sensor ( limit switch, fotoelectric, mekanik ) Sl = Selenoid M = Motor P = Actuator ( Cylinder Pneumatic ) T = Timer R = Relay Gambar 2. Rencana posisi pengontrol 2
c. Deskripsi Proses Otomasi 1. Sistem dalam keadaan idle (tidak melakukan apa-apa) 2. Tombol START ditekan : 1. Cek bahan baku pada meja 1 ( S1 on) 2. Cek posisi lengan robot (S15 on) 3. Ambil benda dengan Gripper ( Sl 1, P1 on) 4. Pindahkan benda ke posisi mesin freis ( S3, R1, M1 on) 5. Hentikan Motor 1 selama 5 menit di posisi mesin freis ( S4, T1 on ) 6. Buka Gripper, letakkan benda di meja mesin freis (Sl 1, P1 off ) 7. Jepit benda pada ragum meja mesin freis (S5,Sl 2, P2 on ) 8. Hidupkan motor mesin Freis ( S6, R2, M2,T5 on) 9. Motor mati, ragum freis terbuka ( S6, R2, M2, S5, Sl 2, P2 off) 10. Ambil benda dengan Gripper ( Sl 1, P1 on ) 11. Pindahkan benda ke posisi mesin drilling (S3, R1, M1 on) 12. Hentikan Motor 1 selama 3 menit di posisi mesin drilling ( S7, T2 on ) 13. Buka Gripper, letakkan benda di meja mesin drilling (Sl 1, P1 off ) 14. Jepit benda pada ragum meja mesin drilling ( S8, Sl 3, P3 on ) 15. Hidupkan motor mesin drilling ( S9, R3, M3,T6 on) 16. Motor mati, ragum drilling terbuka ( S9, R3, M3, S8, Sl 3, P3 off) 17. Ambil benda dengan Gripper ( Sl 1, P1 on ) 18. Pindahkan benda ke posisi mesin bubut ( S3, R1, M1 on) 19. Hentikan Motor 1 selama 15 menit di posisi mesin bubut ( S10, T3 on ) 20. Buka Gripper, letakkan benda di cekam mesin bubut (Sl 1, P1 off ) 21. Jepit benda pada cekam mesin bubut ( S11, Sl 4, P4 on ) 21. Hidupkan motor mesin bubut ( S12, R4, M4,T7 on) 22. Motor mati, cekam mesin bubut terbuka ( S12, R4, M4, S11, Sl 4, P4 off) 23. Ambil benda dengan Gripper ( Sl 1, P1 on ) 24. Pindahkan benda ke meja product finish ( S3, R1, M1 on) 25. Motor 1 berhenti 10 detik di posisi meja product finish ( S13, T4 on ) 26. Buka Gripper, letakkan benda di meja product finish (Sl 1, P1 off ) 27. Gerakkan lengan robot ke posisi semula (CCW) ( S14, M1 CCW on ) 28. Kembali ke perintah awal 3. Tombol STOP ditekan : Pada semua keadaan sistem kembali ke keadaan idle 3
C. IDENTIFIKASI INPUT OUTPUT Dalam rancangan sistem otomasi di atas, input dan outputnya dapat diidentifikasikan sebagai berikut : Input : 1. Tombol START 2. Tombol STOP 3. Sensor pembatas / Limit switch : S4, S7, S10, S13 4. Sensor mekanik : S3, S5, S6, S8, S9, S11, S12, S14, S15 Output : 1. Solenoid : Sl 1, Sl 2, Sl 3, dan Sl 4. 2. Relay : R1, R2, R3, dan R4. 3. Cylinder Pneumatic : P1, P2, P3, dan P4. 4. Motor : M1, M2, M3, dan M4. Secara garis besar fungsi dari input dan output tersebut, dijelaskan sebagai berikut : Input : No. Kode Fungsi Keterangan 1. START Menjalankan program 2. STOP Menghentikan program 3. S4 Menghentikan M1 pada posisi mesin Freis 4. S7 Menghentikan M1 pada posisi mesin Drilling 5. S10 Menghentikan M1 pada posisi mesin Bubut 6. S13 Menghentikan M1 pada posisi Product finish 7. S3 Mengaktifkan R1 8. S5 Mengaktifkan Sl 2 9. S6 Mengaktifkan R2 10. S8 Mengaktifkan Sl 3 11. S9 Mengaktifkan R3 12. S11 Mengaktifkan Sl 4 13. S12 Mengaktifkan R4 14. S14 Mengaktifkan R1 untuk gerakan CCW 15. S15 Bersama S1 mengaktifkan Sl 1 4
Output : No. Kode Fungsi Keterangan 1. Sl 1 Mengontrol kerja P1 2. Sl 2 Mengontrol kerja P2 3. Sl 3 Mengontrol kerja P3 4. Sl 4 Mengontrol kerja P4 5. R1 Menghidupkan M1 6. R2 Menghidupkan M2 7. R3 Menghidupkan M3 8. R4 Menghidupkan M4 9. P1 Penggerak gripper 10. P2 Penggerak ragum mesin freis 11. P3 Penggerak ragum mesin drilling 12. P4 Penggerak cekam mesin bubut 13. M1 Pemutar lengan robot 14. M2 Operasi frais / milling 15. M3 Operasi drilling 16. M4 Operasi bubut 5
D. DESKRIPSI INPUT OUTPUT Untuk menentukan kapasitas IO PLC yang digunakan, maka diperlukan deskripsi Input-Output, sebagai berikut : Address Signal Deskripsi Status X0 START Sistem siap bekerja, robot pada posisi awal Input X1 S1 Keadaan benda kerja pada meja 1 Input X2 S15 Posisi lengan robot Input X3 Sl 1-1 Gripper posisi clamping Input X4 Sl 1-0 Gripper posisi Input X5 S3 Motor 1 diposisi kiri (CW) Input X6 S14 Motor 1 diposisi kanan (CCW) Input X7 S4 Posisi lengan robot pada mesin freis Input X8 S7 Posisi lengan robot pada mesin drilling Input X9 S10 Posisi lengan robot pada mesin bubut Input X10 S5 Keadaan benda kerja pada mesin freis Input X11 Sl 2-1 Ragum mesin freis clamping Input X12 Sl 2-0 Ragum mesin freis Input X13 S 8 Keadaan benda kerja pada mesin drilling Input X14 Sl 3-1 Ragum mesin drilling clamping Input X15 Sl 3-0 Ragum mesin drilling Input X16 S11 Keadaan benda kerja pada mesin bubut Input X17 Sl 4-1 Cekam mesin bubut clamping Input X18 Sl 4-0 Cekam mesin bubut Input X19 ES Emergency Stop Input X20 STOP Stop, sistem berhenti Input Y1 P1-1 Cylinder pneumatic 1 high output Y2 P1-0 Cylinder pneumatic 1 low output Y3 P2-1 Cylinder pneumatic 2 high output Y4 P2-0 Cylinder pneumatic 2 low output Y5 P3-1 Cylinder pneumatic 3 high output Y6 P3-0 Cylinder pneumatic 3 low output Y7 P4-1 Cylinder pneumatic 4 high output Y8 P4-0 Cylinder pneumatic 4 low output Y9 M1CW Motor 1 berputar ke kanan output Y10 M1CCW Motor 1 berputar ke kiri output Y11 M2-1 Mesin freis on output Y12 M2-0 Mesin freis off output Y13 M3-1 Mesin drilling on output Y14 M3-0 Mesin drilling off output Y15 M4-1 Mesin bubut on output Y16 M4-0 Mesin bubut off output Y17 S17 Latching M1 output T300 T1 Timer time out pada posisi mesin freis Internal timer T180 T2 Timer time out pada posisi mesin drilling Internal timer T900 T3 Timer time out pada posisi mesin bubut Internal timer T010 T4 Timer time out pada posisi product finish Internal timer 6
Program manual : Address Signal Deskripsi Status X21 Gripper posisi manual X22 Gripper posisi clamping Input X23 Motor 1 putar kanan (CW) Input X24 Motor 1 putar kiri (CCW) Input X25 Ragum mesin freis buka Input X26 Ragum mesin freis tutup Input X27 Ragum mesin drilling buka Input X28 Ragum mesin drilling tutup Input X29 Cekam mesin bubut buka Input X30 Cekam mesin bubut tutup Input X31 Mesin freis on Input X32 Mesin freis off Input X33 Mesin drilling on Input X34 Mesin drilling off Input X35 Mesin bubut on Input X36 Mesin bubut off Input X37 Reset program E. KTROL PANEL MANUAL POWER GRIPPER ROBOT MOTOR CW ROBOT MOTOR CCW FW BW MODE MOTOR FRAIS MOTOR DRILL MOTOR BUBUT MAN AUTO START STOP EMERGENCY STOP RAGUM FRAIS FW BW RAGUM DRILL FW BW RAGUM BUBUT FW BW 7
F. FLOW CHART OTOMASI Flow chart rancangan otomasi disusun sebagai berikut : START Kondisi 1 (S15)? Kondisi 2 (S1)? KE SIKLUS BERIKUTNYA M1 putar kanan Griper M1 putar kiri Gripper clamping STOP M1 putar kanan Griper P2 clamping M2 on Milling Milling Gripper clamping Sdh selesai? P2 P4 clamping M4 on Turning Sdh selesai? P4 M1 putar kanan Griper Drilling Gripper clamping M1 putar kanan Gripper Turning Gripper clamping P3 clamping M3 on Drilling Sdh selesai? P3 8
G. LADER DIAGRAM PROGRAM Pengaturan gerakan lengan robot pada setiap station merupakan masalah utama dalam perancangan sistem kontrol ini. Berdasarkan deskripsi proses yang telah dijelaskan sebelumnya diperoleh informasi yaitu ; 1. M1 berputar ke kanan (CW) jika S3 on 2. M1 berhenti di posisi mesin frais selama 5 menit 3. M1 berhenti di posisi mesin drilling selama 3 menit 4. M1 berhenti di posisi mesin bubut selama 15 menit 5. M1 berhenti di posisi finis product selama 10 detik 6. M1 berputar ke kiri (kembali ke posisi awal) (CW) jika S14 on Berdasarkan kondisi yang telah dikemukakan sebelumnya, maka ladder diagram untuk gerakan lengan robot tersebut adalah sebagai berikut *: X0 X1 X2 X19 X7 X8 X10 X37 Y17 Y17 T1 T2 T3 T4 X7 X8 X10 X37 Y17 X19 T1 T2 T3 T4 Y9 Penjelasan program di atas adalah sebagai berikut : Pengendalian utama sistem ini adalah saklar START (X0 normally open) dan saklar Emergency STOP (X19 normally close). Bila saklar START (X0) ditekan dan S1 (X1) dan S15 (X2) bernilai 1 (high), maka koil Y17 aktif dan semua saklar yang berkode Y17 dalam kondisi. Pada line I, terjadi sistem yang tertutup, karena pada saat saklar X0, saklar Y17 yang paralel dengannya juga hidup. Karena 9
saklar Y17 terkendali oleh koil Y17, maka line I akan selalu (kondisi latching) sampai dilakukan pemutusan oleh saklar X19. Pada line terakhir, karena saklar Y17 terendali juga oleh koil Y17, maka begitu line I line terakhir juga. Kondisi menghidupkan Motor 1 (Y9) yang berarti Motor 1 (Y9) mulai berputar memindahkan benda ke kanan (CW) sampai posisi mesin freis. Limit switch S4 (X7) high, maka T1 hal ini berarti motor 1 (Y9) berhenti pada posisi tersebut sesuai waktu yang ditentukan (5 menit). Setelah waktu 5 menit tercapai, Motor 1 (Y9) akan bergerak ke posisi mesin drilling. Kejadian yang sama akan terulang yaitu motor 1 (Y9) akan berhenti di posisi mesin drilling saat S7 (X8) high, yang menyebabkan T2 berarti Motor 1 (Y9) berhenti selama waktu yang ditentukan (3 menit). Setelah waktu tercapai, Motor 1 (Y9) akan bergerak ke posisi mesin bubut. Kejadian tersebut terjadi berulang-ulang. 10
DAFTAR PUSTAKA -------------, 2004. Programmable Logic Controller (PLC) Basic Courses, Bandung, IARG LINK Institut Teknologi Bandung. -------------, 2003. Programmable Logic Control, Bandung P3GT. Ian G. Warnock, 1992. Programmable Controllers Operation and Aplication, New York, Prentice Hall. Harijono A. Tjokronegoro, 1996. Programmable Logic Controller, Bandung, LINK Jurusan Teknik Fisika ITB. Mulyadi Syafril, 2003. Programmable Logic Controller, Bandung, P3GT. -------------, Programmable Controller, Operation Manual SYSMAC C20P/C28P/ C40P, Omron. 11